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給遙遠黑洞來個史上最佳特寫

2012/10/05 | | 標籤:

在精妙的科技協助之下,天文學家窺見了位於銀河系以外一個超大質量黑洞的最內圈邊界,這個觀測已達到了距離黑洞邊界前所未見地極近距離。也估算出物質在臨此邊界多近的範圍內,仍可保持穩定軌道、不被吸入。

這個解析度超強的電波望遠鏡是以連結分別位於加州、亞利桑那州、夏威夷共4座天線碟的方式,創造出一個解析度超強的巨型望遠鏡,研究員用它來研究一顆位於M87中心,質量達太陽62億倍的黑洞。

這座望遠鏡讓MIT Haystack天文台的一群天文學家Sheperd Doeleman等人得以確定噴發著高速粒子的噴流是源自位於M87中央黑洞周圍一塊大小只有黑洞直徑5.5倍的區域之中。這是科學家首度取得這樣精細的測量。該研究結果出版於Science期刊。

以這麼高的角解析度取得了如此靠近黑洞區域的影像,並且是在銀河系以外,令眾多天文學家都予以高度肯定。

最新測量結果已經能將M87中央的大質量天體的位置,限定在一塊極小的區域中-該天體必須小於噴流來源之區域-因此,也得以證明,在該星系中有大質量黑洞存在的證據,這證據是極為引人注目的,其明顯程度幾乎不下於銀河系中央之黑洞。

在原始的噴流測量數據資料取得後,該團隊針對黑洞自旋和吸積盤的旋轉等特性更進一步地加以推論(吸積盤為環繞在黑洞周圍的一圈旋轉的物質盤,並且也為 黑洞提供動能)。在Doeleman團隊使用的模型中,假設了M87噴流的噴發源點和物質環繞黑洞旋轉之最內圈軌道是相等的。

據愛因斯坦的重力理論,物質環繞黑洞運轉的最內圈軌道位置如何,由黑洞是否自旋加以決定,重力透鏡具有能將望遠鏡所見的最內圈發光區域放大並拉長的效 應,(在此,M87中心黑洞本身就提供了透鏡的作用)。由於M87中的黑洞如果是靜態不旋轉的,其大小應為黑洞直徑7.35倍—然而,由於此數字明顯大於 Doeleman的測量結果-這一點讓研究團隊可以提出該黑洞必定自旋的這樣一個結論。

不過,部份天文學家注意到透過自旋減法的推算並不如直接測量的結果那般的可靠,畢竟如何解釋超大質量黑洞產生噴流的正確模型,目前尚不存在。

雖然,無論測量或其推論,目前都僅止於起步階段,但在「強重力場」這個研究領域中,此前甚至連起步的動作都付之闕如,因此,研究團隊的主要作者Doeleman說,這個進展已相當靠近愛因斯坦家後院了,光是躡手躡腳地靠近這個地區,都教人興奮不已。

藉由ALMA望遠鏡最新的20座電波天線碟在智利阿塔卡瑪沙漠上陸續佈建完成,Doeleman等人希望他們所需的觀測解析度在2015年之前,還可 以再增加一倍。有了ALMA,傳連起來的巨大望遠鏡網路將具備相當於可取得超大質量黑洞周圍地區真正的影像的靈敏度,可用來尋找黑洞的陰影。黑洞陰影的存 在,在理論中已有預言。這種現象發生在:黑洞朝地球位置相反方向射出的光束,會被彎折成一圈明亮光環、並且也可以是見得到的。

這個明亮光環的大小和形狀,未來,將為黑洞質量提供一個新的測量結果,同時也可驗證愛因斯坦的相對論。

在理論預言中認為,黑洞陰影的形狀會相當接近圓形,但是如果空時(space-time)與愛因斯坦的預測有偏差,則陰影便將會呈現出不同的形狀。

放眼全宇宙,還未證實「愛因斯坦正確無誤」的地方可說所剩無幾了,此為其中之一。Doeleman說:「在賭城的話,和愛因斯坦唱反調,賭你贏的賠率應該會很低,但是不能不放手一試。」(Lauren 譯)

研究文獻:Jet-Launching Structure Resolved Near the Supermassive Black Hole in M87. SCIENCE

資料來源:Closest look yet at a distant black hole. Nature News [27 September 2012]

轉載自 網路天文館

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